TJ_建筑重大工程项目报告_上海中心

TONGJI UNIVERSITY
课程报告
课程名称建筑工程重大项目案例分析报告主题上海中心大厦若干问题分析探索系所
专业
姓名
学号
日期
目录
1上海中心大厦概况 (4)
1.1地理位置 (4)
1.2地质概况 (4)
1.2.1地形地貌 (4)
1.2.2地基土的构成及特征 (4)
1.2.3土层特点 (4)
1.2.4地层参数表 (5)
1.2.5水文地质条件 (5)
1.3结构概况 (6)
2上海中心结构体系—巨型框架-核心筒-外伸臂 (9)
2.1巨型结构 (9)
2.1.1巨型结构体系的特点 (9)
2.1.2巨型结构体系的分类 (11)
2.2伸臂的框架-核心筒结构体系 (12)
2.2.1加强层定义和类型 (12)
2.2.2加强层的工作机理 (14)
2.3上海中心大厦的抗侧力体系 (14)
3上海中心大厦施工技术 (15)
3.1施工技术难题 (15)
3.2施工流程和部署 (15)
4上海中心深基坑工程施工 (18)
4.1主楼基坑施工 (18)
4.1.1基坑开挖基本步骤 (18)
4.1.2降水方法 (19)
4.2裙房基坑施工 (20)
4.2.1裙房基坑降水工程施工方案 (21)
5上海中心超深钻孔灌注桩施工技术 (21)
5.1施工特点和难点 (22)
5.1.1垂直度要求高 (22)
5.1.2桩端注浆控制难 (22)
5.1.3成孔难度大 (22)
5.2要工序施工技术 (22)
6上海中心钢结构焊接技术 (23)
6.1巨型钢柱焊接施工 (23)
6.1.1焊接难度 (23)
6.1.2巨型钢柱焊接顺序 (24)
6.1.3巨型钢柱焊接工艺 (24)
6.2上部钢结构安装施工技术 (25)
6.2.1工程难点 (25)
6.2.2钢结构施工部署 (26)
6.2.3关键施工技术 (27)
1上海中心大厦概况
1.1 地理位置
上海中心大厦位于上海浦东新区陆家嘴中心区，所处地块东至东泰路，南依银城南路，北靠花园石桥路，西临银城中路，向西与著名的上海外滩隔江相望，与周围的东方明珠广播电视塔、金茂大厦、上海环球金融中心等建筑组成上海重要的天际线。

1.2 地质概况
1.2.1地形地貌
场地内地势平坦，地面标高在3.78-4.43m之间。

本场地地貌形态单一，属滨海平原地貌。

1.2.2地基土的构成及特征
根据勘探时现场土层鉴别、原位测试和土工试验成果综合分析，本场地地基土在150m 深度范围内的土层主要由饱和粘性土、粉性土和砂土组成，可分为12层。

1.2.3土层特点
（1）场地内②层褐黄～灰黄色粉质粘土层呈湿状、可塑、中压缩性，层厚较薄；
（2）第③层灰色淤泥质粉质粘土和第④层灰色淤泥质粘土均为饱和状，流塑、高压缩性土；（3）第⑤1a和⑤1b层为软塑～可塑，较软弱。

（4）场地内第⑥层暗绿色粘土为硬塑状中等压缩性土；
（5）第⑦层承压水含水层，又分为三个亚层，其中⑦1层砂质粉土土质较好，为中等压缩性土；⑦2层黄色粉砂属于中偏低等压缩性土；⑦3层灰色粉砂属于中等压缩性土。

（6）本场地内第⑧层粉质粘土层缺失，故⑦层与⑨层土连通。

（7）第⑩灰色粉质粘土，硬塑状，土质较均匀、致密，中等压缩性。

1.2.4地层参数表
表1.1地层参数表
1.2.5水文地质条件
建场区地下水根据埋藏条件可划分为浅层潜水及承压水。

（1）潜水
本场地浅部地下水属潜水类型，主要补给来源为大气降水、地表迳流。

勘探期间由钻孔中测得的地下水埋深一般为0.75m～3.90m，相应标高为3.36m～0.40m。

上海地区地下水年平均水位埋深为0.5～0.7m，低水位埋深为1.5m。

（2）承压水
拟建场地深部第⑦层属上海地区第一承压含水层，其层顶埋深约为28～30m,其承压水位埋深一般在3～11m，承压水位一般呈周期性变化，随季节、气候、潮汐等因素变化。

正常情况下承压水水位埋深约为8.50～10.20m。

本场区由于缺失第⑧层粘性土，第I、第II承压含水层（即第⑦层、第⑨层）相互连通,总厚达97m,含水量及其丰富（地层分布参见下图）。

拟建场地深部第⑦层属上海地区第一承压含水层，其承压水位埋深一般在3～11m，承压水位一般呈周期性变化，随季节、气候、潮汐等因素变化。

勘察期间测得承压水水位埋深
约为8.90～10.75m。

根据抽水试验阶段，目前，承压水初始水位埋深为10.35m左右，并且每天变化幅度约0.10m。

根据我司在本工程附近基坑降水经验以及周边地区的水文地质调查，该地区地下水位埋深在9.70m~10.60之间，水位波动大约1.0m左右，11月~4月水位较高，5月~10月水位较低。

对于本工程，拟承压水初始水位埋深按10.00m左右考虑。

图1.1地层剖面图
1.3 结构概况
上海中心大厦项目由1幢124层塔楼（建筑高度632米，结构高度574.4米）和1个7层商业裙房（高度38米）组成，整个场地下设5层地下室，基础埋深约为25.4米。

该工程是一幢以甲级写字楼为主的综合性大型超高层建筑，其他建筑功能包括商业、酒店、观光娱乐、会议中心和交易等五大功能区域。

塔楼外形幕墙呈三角形旋转上升状，内部办公平面由九个圆形建筑彼此叠加构成。

楼层
结构平面由底部（第1区）83.6米直径逐渐收进并减小到42米（第8区）。

结构从下往上分为9个分区（不含顶部钢桁架），第1区为结构第2层至第8层；第2区为第9层至第22层；第3区为第23层至第37层；第4区为第38层第52层；第5区为第53层至第68层；第6区为第69层至第84层；第7区为第85层至第101层；第8区为第102层至第118层；第9区为第119层至第124层。

典型分区的结构平面布置示意图如图1.所示。

塔楼采用巨型框架-核心筒-外伸臂钢-混凝土混合结构体系。

巨型框架由八根巨柱、四根角柱、六道外伸臂桁架和每个加强层设置的两层高箱型空间桁架相连而成（图1.3所示）。

巨型框架的巨柱为型钢混凝土柱，八根巨柱在第8区终止，四根角柱在第5区终止。

底部八根巨柱平面尺寸为5.3×3.7m，顶部第8区平面尺寸为2.4×1.9m；底部四根角柱平面尺寸为5.5×2.4m，顶部第5区平面尺寸为4.5×1.2m。

在第6区以下沿建筑对角位置布置的4根角柱主要用于减少箱型空间桁架的跨度。

六道外伸臂桁架分别位于第2、4、5、6、7、8区的机械层/避难层，外伸臂桁架的使用将巨柱和核心筒有效地联系起来，既能约束核心筒的弯曲变形，又能高效地利用周边巨柱来减小结构总体变形及层间位移，同时还用以协调核心筒和巨型框架的竖向变形。

八道箱型空间环带桁架既作为抗侧力体系巨型框架的一部分，又作为转换桁架，将相邻加强层之间的楼层荷载传至八根巨柱和四根角柱，从而减少巨柱由侧向荷载（风或地震）引起的上拔力。

巨型框架的两层高箱型空间桁架上下弦杆、斜杆及腹杆均采用H字型截面。

位于各加强层的八道箱型空间桁架，作为巨柱之间的有效抗弯连接，与巨型柱一起形成一个巨型框架结构体系（见图1.1所示）。

中央核心筒底部为边长30米的方形混凝土筒体，翼墙厚度1.2m，腹墙厚度0.9m；顶部翼墙和腹墙厚度均退化为0.5m。

底部加强区采用混凝土-钢板组合剪力墙，用以控制剪力墙厚度和轴压比，并提高底部墙体的整体承载力和延性。

至第5区开始，核心筒四角被削掉，逐渐变化为十字形，直至顶部。

该结构体系既满足了建筑使用功能的要求，在结构上有所创新，又满足了经济性的要求，做到了技术先进、安全可靠、经济合理。

该塔楼的抗震设防烈度为7度，抗震设防类别为乙类。

根据规范要求，设计单位对塔楼可能存在的超限项目进行逐一检查。

主要的超限内容如下：
1.结构高度超限；
2.本结构存在外伸臂及空间转换桁架，属于B级复杂高层建筑；
3.各加强层处径向桁架最长悬挑14米，楼层平面尺寸突变，但有规律。

第9区第8区
第7区第6区
第5区第1区～第4区
图1.2 典型分区结构平面布置示意图
图1.3 外伸臂桁架所在加强层结构示意图图1.1箱型空间桁架
2上海中心结构体系—巨型框架-核心筒-外伸臂
2.1 巨型结构
随着高层建筑的发展，近几十年来在高层建筑结构体系中出现了一种巨型结构体系，它是一种新的结构体系。

巨型结构的概念产生于60年代末，由梁式转换层结构发展而形成的，巨型结构体系又称超级结构体系，是由巨型的构件组成的简单而巨型的桁架或框架等结构，作为高层建筑的主体结构，与其他结构构件组成的次结构共同工作的一种结构体系，从而获得更大的灵活性和更高的效能，见图。

图2.1 巨型结构体系形式
巨型结构的截面尺寸通常很大，其中巨型柱的尺寸常超过一个普通框架的柱距，形式上可以是巨大的实腹钢骨混凝土柱、空间格构式桁架或筒体；巨型梁采用高度在一层以上的平面或空间格式桁架，一般隔若干层才设置一道。

巨型结构的主结构通常为主要抗侧力体系，次结构只承担竖向荷载，并负责将力传给主结构。

巨型结构是一种超常规的具有巨大抗侧力刚度及整体工作性能的大型结构。

2.1.1巨型结构体系的特点
巨型结构具有良好的建筑适应性和潜在的高效结构性能，正越来越引起国际建筑业的关注。

巨型结构具有以下优点。

（1）巨型结构传力明确
巨型结构是一种新型结构体系，巨型柱作为主要的抗侧力体系和承重体系，次结构只起
辅助作用和大震下的耗能作用，并将竖向荷载传给主结构，传力路径非常明确。

（2）巨型结构能够满足建筑功能多变的要求
巨型结构体系的出现使得结构布置与建筑需要不再矛盾，建筑内部空间划分更自由，即沿竖向提供了更灵活的使用空间，次结构可以自由布置，且易做到节能。

同时，由于巨型柱、巨型梁间距较大，从而可以改善建筑物的采光、通风与立面处理。

巨型结构体系的出现很好地协调了建筑功能与结构布置的矛盾，沿竖向每个大层中的次结构可以自由布置，同时并不会造成结构上的不利作用。

（3）巨型结构体系整体性能优越
巨型结构体系以整体抗弯为主，抗侧力构件分布于建筑平面周边，整个建筑的抵抗矩大大增加，整个结构具有极其良好的整体性，可有效地控制位移，同时可在不规则的建筑中采用适当的结构单元组成规则的巨型结构体系，有利于抗震。

在高层建筑结构中，抗侧力体系的抗侧能力强弱是结构体系是否经济有效的关键，巨型结果的大梁作为刚臂，使得整个结构具有极其良好的整体性，可有效的控制侧移，同时也可以在不规则的建筑中采取适当的结构单元组成规则的巨型结构，有利于抗震。

（4）巨型结构可将多种结构形式及不同材料进行组合
由于巨型结构体系的主结构和次结构可以采用不同的材料和体系，因此体系可以有不同的变化和组合，如主体结构可采用高强材料，次结构采用普通材料。

（5）巨型结构体系施工速度快
巨型结构体系可先主体结构施工，待主体结构施工完毕后，各个工作面同时进行次结构施工，大大加快施工速度。

（6）巨型结构体系可以节约材料，降低造价
巨型结构体系中，虽然主结构的截面尺寸，材料用量大，但量大面广的次结构只承受有限几层竖向荷载的作用，故其截面尺寸比一般超高层建筑小得多，对材料性能要求也较低，从总体上看可以节约材料和降低造价。

（7）巨型结构体系可以较好地实现结构抗震多道设防的思想
传统结构体系中，每层中的所有结构柱以及大部分梁均承受水平地震力，当地震发生时首先是梁进入塑性，由梁提供耗能作用，然后才是竖向结构屈服。

在巨型结构中，结构的耗能装置是由二级结构体系提供，在设防烈度地震作用下，二级结构体系进入塑性，在罕遇地震作用下，巨型结构梁进入塑性，巨型结构柱不进入塑性或部分进入塑性，以保证整个结构在罕遇地震下不至于倒塌。

在可能的情况下，还可以在结构上安装其他的主动耗能装置以保
证结构的安全。

2.1.2巨型结构体系的分类
巨型结构从材料上可分为巨型钢筋混凝土结构、巨型钢骨钢筋混凝土结构（SRC）、巨型钢-钢筋混凝土结构及巨型钢结构；按其主要抗侧力体系可分为：巨型桁架（包括筒体）、巨型框架、巨型悬挂结构和巨型分离式筒体等四种基本类型。

下面简要介绍巨型结构体系按其主要抗侧力体系的不同而分类。

（1）巨型桁架体系
高层建筑为加强抗扭刚度，抗推构件正在从中心布置转向沿房屋周边布置；为提高抗侧力体系的效率，立体构件取代了平面构件；同时为防止竖向构件出现过大拉力，应使抗侧力构件与承重构件合而为一。

框筒体系既是这样的结构，但是外圈框筒由于使用要求，立面开洞率又不可能太小，将导致强烈的剪力滞后效应，使它不可能成为有效的立体构件而充分发挥空间作用。

为减少剪力滞后效应，借鉴桁架内力特点，沿外框筒的4个面设置大型支撑。

当结构在水平力作用下发生弯曲时，本由腹板和翼缘框架中的窗裙梁承受的竖向剪力改由支撑来承担，而支撑又具有几何不变性，所以基本上消除了剪力滞后现象。

这样就可以将外框筒做成稀柱浅梁型，实际上这就是巨型桁架体系。

美国芝加哥市1970年建成的100层，332m高的汉考克大厦就是钢结构巨型桁架体系，又如香港中国银行大厦（72层）为钢混凝土混合结构巨型桁架体系，高368m。

（2）巨型框架（包括筒体、悬挂）结构
巨型框架是将框架体系设计为主结构和次结构，主框架可以形象地比喻为按比例放大的框架，其中巨型柱的尺寸很大，有时可超过一个普通框架的柱距，形式上可以是巨大的实腹钢筋混凝土柱、钢骨混凝土柱、空间格构式桁架或是筒体，大柱一般是布置在房屋的四角和周边；巨型梁采用高度在一层左右的预应力混凝土大梁或平面（空间）格构式桁架，一般每隔3～15个楼层设置一道大梁。

其主结构为主要抗侧力体系,次结构只起辅助作用和大震下的耗能作用，并负责将竖向荷载传给主结构。

主结构的大梁实际上可充当刚臂，把两边的大柱连在一起组成一个整体巨型框架，共同抵抗水平荷载作用，故也叫主框架。

因其抗力力臂很大，所以抗侧刚度很大，使得整个结构具有极其良好的整体性，可有效地控制结构侧移。

同时，巨型框架结构是一种大体系，可以在不规则的建筑中采取适当的结构单元组成规则的巨型结构，有利于抗震。

这样，主次结构组成一种超常规的具有巨大抗侧力刚度及整体工作
性能的大型结构。

巨型框架结构体系的出现使得建筑需要与结构布置不再矛盾，隔若干层设置的大梁自然地充当转换层的作用，使得沿竖向大小不一的空间得以自由布置。

巨型结构的次结构样式可以千变万化，不仅美观，而且人们不必再担心由于结构转换而造成的对结构不利的影响。

由于巨型框架结构中沿竖向可以设置数道大梁，小柱不再是主要的抗力构件，故两大层之间的小柱在竖向没必要一定连续，紧贴大梁底下的一层可不设小柱做成大空间，布置成商店、会议室、娱乐场所等公用空间，这种大空间沿竖向可做若干个，以方便人们的各种需要。

1）纯钢结构巨型框架，代表有日本千叶县的NEC办公大楼，台湾省高雄银行大厦（82层），高331m。

2）钢筋混凝土巨型框架，钢-混凝土混合结构巨型框架，代表有新加坡华侨银行大厦，深圳亚洲大酒店主楼（33层），高114.5m。

3）钢筋混凝土巨型框架筒体体系，代表有深圳新华大厦（35层）。

4）次结构为悬挂体系的巨型框架结构，典型工程为香港汇丰银行（48层），高178.8m。

5）圆锥形或环形巨型框架结构，日本正在设计的“空中城市1000”
6）超级巨型框架结构，此类建筑仍处于设想阶段。

日本拟建的“动力智能大厦-200”。

2.2 伸臂的框架-核心筒结构体系
伸臂的框架-核心筒结构体系是一种广泛应用于高层和超高层建筑中的高效率的双重抗侧力体系，它比一般的框架-核心筒结构体系在减小建筑结构侧移和提高整体抗弯刚度方面有较大优势。

国内外许多高层或超高层建筑都采用了伸臂为核心的加强层处理方法，也开展了很多的研究，总的来说，对带伸臂的框架-核心筒的研究主要集中在伸臂最优数量和位置的问题上。

2.2.1加强层定义和类型
高层建筑框架-核心筒结构当抗侧力刚度不能满足设计要求时，一般可以考虑建筑设备层和避难层的空间布置结构加强层，即在该楼层的核心筒与外围框架之间设置刚度较大的水平伸臂构件或沿该层的外围框架设置刚度较大的周边环带。

加强层的设置可以使周边框架柱有效地发挥作用，以增强整个结构的抗侧刚度。

在风荷载作用下，设置加强层是一种减小结
构水平位移的有效办法；但在地震作用下，加强层的设置会引起结构刚度、内力突变，并易形成薄弱层，结构的破坏机理难以呈现“强柱弱梁”和“强剪弱弯”的延性屈服机制，在地震区采用带加强层的框架-核心筒结构宜慎重，并需采取有效的措施。

加强层是伸臂和环向构件等加强构件所在层的总称。

加强构件主要有两种类型，一是水平伸臂，二是环带桁架。

水平伸臂的设置可以使周边框架柱有效的发挥作用，以减小整个结构的侧向位移；设置水平伸臂还可以减少内筒和外柱的竖向变形差。

由于内筒和外柱的竖向应力不同，温度差别、徐变等，常导致内外构件竖向变形不同。

内外构件竖向变形差异会使楼面大梁产生变形和相应的应力，如果变形引起的应力较大，会减少它们承受使用荷载、地震作用的能力，甚至较早出现裂缝。

为减小外框架与核心筒不均匀沉降及材料弹性变形对伸臂产生的不利影响，一般可以结合施工条件，将伸臂与外框架及核心筒之间的连接延迟。

加强层水平外伸构件一般可归纳为如下三种基本形式：实体梁（或整层箱形梁）、斜腹杆桁架和空腹桁架，分别见图所示。

(a)梁(箱形梁）(b)斜腹桁架(c)空腹桁架
图2.2水平伸臂构件
环带构件主要的作用有：（1）加强结构外圈竖向构件的联系，加强结构的整体性。

（2）由于它们刚度大，也可以协调周围竖向构件的变形，减少竖向变形差异，从而减小外框梁因这种差异而产生的附加外力，也可以使相邻柱所受轴力均匀化，使各柱子更好地发挥其承载力。

加强层周边水平环带构件一般也可归纳为如下三种基本形式错误！未找到引用源。

：开孔梁、斜腹杆桁架和空腹桁架，分别见图2.所示。

(a)开孔梁(b)斜腹桁架(c)空腹桁架
图2.3 水平环带构件
2.2.2加强层的工作机理
在水平荷载作用下，结构的总侧移由核心筒弯曲型侧移和外框架的剪切型侧移组合而成。

核心筒的侧移量取决于核心筒所承受弯矩的大小，外框架的侧移则包含框架柱上下端剪切和弯曲变形所引起的水平向侧移，也包括因框架梁的弯曲变形引起的框架节点的转动而间接引起的水平向侧移。

在核心筒、框架梁和柱刚度保持不变的情况下，要减小总侧移则必须使核心筒承受的弯矩、框架梁和柱承受的弯矩、剪力等内力减小。

设置加强层可以有效地减小结构的侧移，其作用机理并不像通常传统作法那样直接增大核心筒墙、筒体和柱等竖向抗侧构件的刚度以减小结构侧移，其主要通过设置水平加强层来引起结构内力重新分布，使结构内力朝着对减小结构侧移非常有利的方向发展，从而减小了结构侧移，充分发挥了结构的自身潜能。

设置加强层后引起的这种结构内力重分布的具体规律是：使得结构中决定侧移大小的主要内力（包括：核心筒的弯矩、外框架柱的弯矩和剪力等）都明显减小，因为伸臂的设置，使得核心筒在发生弯曲变形的时候会受到外框柱的约束，其会使框架柱产生轴向的拉（压）变形，因框架柱本身所具有的轴向刚度较大，这样将会在框架柱上产生较大的拉（压）力，又因框架柱之间相距较远，力臂相对较大，这样就会产生一个较大的与水平荷载所产生力矩相反的力矩，这样就能明显地提高结构的抗倾覆能力，减小结构因弯曲变形所引起的侧向位移。

对于伸臂合理设置的位置及数量，已有很多人研究过。

当布置1个加强层时，位置可以在0.6H附近；当布置2个加强层时，位置可以在顶层和0.5H 附近，当布置多个加强层时，加强层宜沿竖向从顶层向下均匀布置。

随着伸臂数量的增多，结构的侧向位移减小效果显著，但减小的效率随着数量的增多有所降低；伸臂的设置会造成伸臂层处结构构件内力的突变，这种突变的幅度随着伸臂数量的增多而趋于平缓错误！未找到引用源。

设置水平伸臂后加设周边环带，可以有效地降低外围框架翼缘柱轴力不均匀的程度，使得各柱轴力趋于均匀；可以使伸臂和环带的内力大幅降低，改善加强层楼板的受力状态，增加整个加强层的整体性。

2.3 上海中心大厦的抗侧力体系
上海中心大厦的抗侧力体系为巨型框架-核心筒-外伸臂，结构的抗侧能力主要由核心筒和巨柱承担，抗侧力的分配主要受各抗侧力构件刚度的影响，外伸臂桁架主要协调核心筒和
巨柱之间的变形，对减小层间位移角作用显著。

3上海中心大厦施工技术
3.1 施工技术难题
上海中心大厦建筑超高，造型奇特，结构复杂，工程建设将面临许多工程技术难题：
1. 钢筋混凝土结构施工难度大，核心筒体型变化大，竖向结构多，模板系统体型适应性和施工效率要求高，混凝土强度等级达C70，核心筒浇注高度约574米，高强混凝土超高层泵送是个难题。

2. 钢结构施工将遇到多重挑战，钢结构总用钢量达10万吨，构件重量大，空间分布广，吊装设备选型要求高，钢构件板材厚，高空焊接量大，施工环境差，焊接质量控制难。

3. 垂直运输组织任务重，施工人员和建筑材料运输任务繁重，高效的垂直运输体系对施工效率有重要影响。

4. 施工组织难度大，为提高投资效益，裙房及主楼22层以下部位需要提前营业，施工组织面临许多新课题。

3.2 施工流程和部署
针对本工程施工难度大，建设标准高，组织协调困难，社会影响显著。

我们将按照分区施工，突出主楼的原则，安排施工流程。

整个施工区域分为主楼去，裙房区。

主流工程分为钢筋混凝土核心筒和外框架两条流水线，前后合理搭接，平行作业，其他区域施工穿插进行。

具体流程如下：
1. 吊装核心筒墙体内劲性钢结构，采用传统落地脚手施工1-5层核心筒混凝土。

2. 跳爬式液压顶升构架平台脚手模板体系安装完成后，拆除落地脚手架。

3. 核心筒6层剪力钢板吊装完成，安装南北侧两台M1280D塔吊，原有两台M1280D
塔吊第一次爬升。

4. 核心筒墙体施工至7层，开始安装钢结构外框架。

5. 核心筒墙体施工至36层，巨型柱安装至27层，2区外幕墙钢支撑系统开始安装。

6. 核心筒墙体施工至45层，机电安装进场施工。

7. 核心筒墙体施工至50层，开始裙房钢结构施工。